Na~+/HCO_3~-共转运体的电生理学原理

离子通道或离子转运体介导的离子跨膜运输是细胞中两种重要的离子跨膜运输方式。与离子通道介导的被动运输不同,离子转运体介导的离子跨膜转运是一种主动运输方式,具有多种独特的生物学特性。本文以Na~+/HCO_3~-共转运体(Na~+/HCO_3~-cotransporter,NBC)为例,对离子转运体的物理化学和电生理学基本原理及其特性进行分析与介绍。从本质上说,离子转运体是一种酶,本文首先从酶促反应的角度,对NBC介导的离子跨膜运输过程进行分析,介绍了离子转运体的化学计量比、表征离子转运效率的转换数及与此相关的离子转运体的运输通量等。本文进一步从热力学的角度对NBC介导Na~+和HCO_3~-跨膜运输的电生理学原理进行了较为详细的分析。通过热力学分析,本文阐释了NBC依据化学计量比决定其离子转运方向的原理。最后,本文对NBC化学计量比的实验测定和化学计量比的生理学意义,即NBC不同工作模式与其在特定组织中的具体生理学过程的关系,进行了讨论。     

近端肾小管碳酸氢根重吸收的分子机制及代谢性酸中毒

肾脏的HCO3-重吸收功能对于维持机体的酸碱平衡具有非常重要的意义,HCO3-重吸收障碍会导致代谢性酸中毒。近端肾小管是HCO3-重吸收最主要的部位,约80%的HCO3-在这里被回收至血液中。经过半个多世纪的研究,人们已经对近端肾小管跨上皮细胞的HCO3-转运过程的分子机制有了比较深入的了解。这个过程涉及到上皮细胞的顶端膜与基底侧膜一系列离子转运体的协同作用。在近端肾小管顶端膜,钠氢交换体NHE3和V型质子泵是介导HCO3-重吸收的两个重要途径。其中NHE3负责约50%,V型质子泵约30%,另外20%由其它途径介导。在基底侧膜,Na+/HCO3-共转运体NBCe1负责将HCO3-转运至组织间隙,完成跨上皮细胞运输过程。在本文中,我们梳理了过去半个世纪关于近端肾小管的HCO3-重吸收分子机制研究的历史脉络,重点阐述了最近十来年相关研究的最新进展,深入讨论近端肾小管上皮细胞中酸碱离子转运体的生理学及病理学作用,并就存在的问题进行探讨与展望。     

溶酶体膜上的离子通道

溶酶体是真核细胞中广泛存在的一种囊泡状细胞器,其内部含有多种酸性水解酶,是细胞降解生物大分子的主要位点.在溶酶体膜上也存在多种不同类型的蛋白质,包括离子通道、转运体、结构蛋白、酶等,其中离子通道蛋白由于他们在溶酶体离子动态平衡和跨膜转运、溶酶体膜电位和pH以及细胞营养代谢水平的调控中的重要作用,受到越来越多的关注,多种溶酶体离子通道也被相继鉴定出来.本文简要综述了近年来关于不同类型溶酶体膜离子通道蛋白的研究工作,阐述这些离子通道的特性、功能调控和在溶酶体生理活动中的作用.     

胰管细胞HCO3-分泌:囊性纤维化跨膜电导调节体和SLC26转运体

胰管细胞以至少6倍浓度差逆向分泌HCO3^-（人体浓度约140mmol／L）。HCO3^-跨顶膜转运的可能机制包括SLC26阴离子转运体的Cl-HCO3^-交换和囊性纤维化跨膜电导调节体（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,cFrR）对HCO3^-的传导扩散。SLC26家族成员介导上皮顶膜Cl^--HCO3^-交换,胰管中检测到SLC26A6和SLC26A3。共表达研究揭示,鼠类slc26a6和slc26a3通过slc26的STAS结构域与CFTR的R结构域相互作用,导致活性互相增强。研究显示这些交换体是产电的：slc26a6介导1Cl^--2HCO3^-交换,slc26a3介导2Cl^--1HCO3^-交换。近期slc26a6^-／-小鼠离体胰管研究显示,slc26a6介导大部分Cl^-依赖的HCO3^-跨顶膜分泌,与slc26a6的产电性一致。然而,因为人体能分泌非常高浓度的HCO3^-,SLC26A6在胰管HCO3^-分泌中的作用并不十分清楚。SLC26A6的作用只能在与人类似能分泌约140mmol／LHCO3^-的物种,如豚鼠中研究。现有的豚鼠研究数据显示,像slc26a6介导的1Cl^--2HCO3^-交换不可能完成这种高浓度差的HCO3^-分泌。另一方面,CFTR的HCO3^-电导性可以在理论上支持HCO3^-逆向分泌。所以,在豚鼠和人胰腺HCO3^-的分泌中,CFTR可能比SLC26A6发挥更大作用。     

葡萄糖的跨膜运输方式简介

阐述了哺乳动物细胞如何通过钠-葡萄糖共转运体和葡萄糖转运体促进葡萄糖的跨膜运输,解答了中学生物学教学中有关葡萄糖跨膜运输问题的一些疑惑。     

乳腺癌耐药蛋白介导多重耐药机制及其逆转

近年发现的乳腺癌耐药蛋白属于ATP结合框转运体家族中的G亚家族,是主要的介导肿瘤细胞多药耐药机制的跨膜转运蛋白之一,在临床抗肿瘤治疗中具有重要的意义。本文综述了乳腺癌耐药蛋白的结构特点、表达特征,及其介导的肿瘤细胞多重耐药机制与逆转等方面的研究进展,并展望了今后的研究方向。     

药物代谢酶及转运体与前列腺癌药物治疗

药物代谢酶是催化体内摄入的各种药物进行生物转化的一系列重要酶,属于生物转化酶系中的一类.虽然药物生物转化的主要场所在肝脏,但在肝外组织(如前列腺)亦存在,而且可影响药物在局部的生物转化率.药物转运体在药物的跨膜转运中发挥了重要的作用,影响了药物在体内的药代动力学进程,药物转运体在组织中分布广泛;本文着重阐述这些药物代谢酶及转运体在治疗前列腺癌药物中的作用,及它们在前列腺中的特异性表达,同时讨论了在不同的治疗策略中与药物代谢酶及转运体相关的靶向作用.     

盐爪爪Na^＋/H^＋逆向转运蛋白和焦磷酸酶的亚细胞定位

将盐爪爪Na+/H+逆向转运蛋白基因(KfNHX1)和焦磷酸酶基因(KfVP1)分别构建至植物表达载体,利用基因枪介导的方法转化洋葱表皮细胞,通过荧光显微镜观察研究其亚细胞定位.结果表明,转化了KfNHX1(或KfVP1)-GFP融合蛋白的洋葱表皮细胞仅膜系统散发荧光,而对照组即未转入KfNHX1(或KfVP1)基因的细胞则整体均匀发出荧光.说明KfNHX1和KfVP1可能定位于细胞的膜系统,作为跨膜转运蛋白在离子的调控运输中发挥重要作用.     

高亲和力谷氨酸转运体结构和功能的研究进展

真核生物高亲和力谷氨酸转运体(excitatory amino acid transporters,EAATs)分为GLAST(EAAT1)、GLT-1(EAAT2)、EAAC1(EAAT3)、EAAT4和EAAT5等5个亚型.高亲和力谷氨酸转运体结构学的研究,揭示了谷氨酸转运体的跨膜拓扑结构、真核和原核生物EAATs结构的差异,以及在底物转运过程中的一些底物和协同转运离子的结合位点.其功能学的研究发现,EAATs在参与突触的传递,避免兴奋性氨基酸的毒性效应中发挥重要作用,同时也参与了对学习、记忆以及运动行为的调控.结合我们既往的工作,就近几年EAATs的结构和功能研究做一综述.     

植物Na^+,K^+/H^+反向转运体:pH平衡与囊泡运输

细胞内pH和囊泡运输是影响细胞功能的重要影响因子,也是决定细胞是否死亡的重要因素。植物Na^+,K^+/H^+反向转运体是位于细胞膜结构上的跨膜反向转运蛋白,介导Na^+、K^+与质子(H^+)的跨膜反向转运,影响胞内pH的动态平衡。研究表明,NHX缺失造成细胞pH失衡的同时,将影响囊泡运输,从而对生长发育产生不利影响。主要对植物NHX在pH调节、囊泡运输中的功能进展进行了概述,并对其关系进行探讨。     

关于物质跨膜转运方式的分类

国内不少生理学教材（包括有的国家级规划教材）把物质的跨膜转运方式分为单纯扩散、易化扩散、主动转运和出胞与入胞四种,又将易化扩散分为由通道介导的易化扩散和由载体介导的易化扩散两类。虽然笔者早在2000年就指出,把物质通过通道扩散（转运）包括在易化扩散之中不妥,因为易化扩散（转运）需要载体（carder）或转运体（transporter）蛋白（不是通道蛋白）的帮助,因此又称为载体介导的扩散（carrier-mediated diffusion）,或载体介导的转运（carrier-mediated transport）。本文再较详细谈谈此问题。     

五羟色胺转运体的研究进展

五羟色胺转运体是一种对五羟色胺（5-HT,serotonin）有高度亲和力的跨膜转运蛋白,能够重新摄取细胞间隙内的5-HT,从而调节神经信号的转导。该文简述了五羟色胺转运体的生物学特性、分布以及与人类疾病的关系,通过分析比较发现,五羟色胺转运体的多态性与肠易激综合征、抑郁症、强迫症都有着密切的关系。     

ABCA1的胞内运输及功能研究新进展

三磷酸腺苷结合盒转运体A1(ABCA1)具有介导细胞内脂质流出,维持细胞脂质稳态的功能．新生的ABCA1必须经过胞内运输和各种化学修饰等过程,最终成为具有功能的成熟转运体,才能行使其转运脂质的功能,因此,ABCA1在胞内的运输过程和正确质膜定位对其介导胆固醇流出的功能至关重要．目前ABCA1相关研究主要集中于脂质转运方面,并提出各种胆固醇流出机制的模型,如通道转运模型、蘑菇状突起模型和胞吞-胞吐转运模型等．最近研究显示,ABCA1还具有调节质膜脂筏结构、参与免疫和炎症调节等新功能．本文主要针对ABCA1的胞内运输过程以及各种功能做一综述,以期为动脉粥样硬化相关疾病提供新的治疗靶点和途径．     

低毒兴奋效应模拟热量限制调节酵母转运体基因表达及脂质代谢

【目的】已知H2O2介导的线粒体低毒兴奋效应(Mitohormesis)能模拟热量限制延长酵母寿命,但未知两者是否存在共同作用机理。【方法】利用依时菌落计数法测定酿酒酵母时序寿命(CLS),采用微阵列芯片分析ATP结合盒(ABC)转运体基因表达谱及脂质代谢模式的转变,通过酶学测定法比较超氧化物歧化酶(SOD)活性的动态变化。【结果】经热量限制、H2O2、青蒿琥酯处理后,酵母CLS有不同程度延长,细胞解毒相关ABC转运体基因表达均下调或不变,促进长链脂肪酸运输的过氧化物酶体膜ABC转运体基因以及加速固醇摄取的质膜ABC转运体基因表达则显著上调。相应地,脂质分解(如脂肪酸β-氧化)基因表达上调,脂质合成(如脂肪酸延伸及去饱和)基因表达则下调。不同处理组中催化线粒体H2O2生成的Mn-SOD活性提高,导致催化H2O2降解及转变的抗氧化酶基因表达上调。【结论】低毒兴奋效应及热量限制在酵母中发挥延寿作用,既有赖于抗氧化酶催化的活性氧(ROS)清除反应,也取决于ABC转运体介导的脂质转运及后续的脂质分解及再利用。     

嗜盐耐盐微生物抗盐胁迫相关离子转运蛋白研究进展

离子转运蛋白在维持细胞内pH稳态、离子动态平衡等方面发挥着重要作用。钠离子转运体和钾离子转运体在嗜盐耐盐微生物中广泛存在,其"保钾排钠"机制是微生物抗盐胁迫的两大策略之一。近年来,嗜盐耐盐微生物中许多新型钠、钾离子转运体被陆续发现,如RDD蛋白、UPF0118蛋白、DUF蛋白和KimA蛋白等;Fe³⁺、Mg²⁺等其他金属离子的转运蛋白也被证实可通过影响微生物胞内相容性溶质的合成起到渗透调节的作用。本文综述了嗜盐耐盐微生物中抗盐胁迫相关的各类离子转运蛋白,分析其分子结构和工作机理,并对这些蛋白在农业方面的应用进行了展望。继续发现新的离子转运蛋白,探究抗盐胁迫相关离子转运蛋白的结构和机理,解析各转运系统的协同作用及分子调控机制,将进一步加深对嗜盐耐盐微生物抗盐胁迫调控的认识,并为盐碱地农作物的改良等提供新的思路。     

Na+K+-ATP酶抑制引起的细胞凋亡和杂合性细胞死亡

Na^ -K^ -ATP酶也称Na^ 泵或Na^ -K^ 泵,是哺乳类细胞膜进行离子转运的跨膜载体蛋白。其基本作用是维持细胞膜内外Na^ -K^ 电化学梯度的平衡。近来研究表明,Na^ -K^ -ATP酶在细胞死亡中起重要作用,细胞K 缺失导致凋亡,在某些类型的细胞中,同一细胞兼具细胞肿胀、细胞器溶解等坏死特征和染色质凝集、DNA梯带、caspase级联反应等凋亡特征,呈现一种特殊的细胞死亡形式,即杂合性细胞死亡。     

植物水孔蛋白的功能

水孔蛋白是由多基因编码的介导水分快速跨膜转运的膜内在蛋白。植物水孔蛋白分为4类,具有多功能性,包括介导水分的快速跨膜转运,参与气孔运动,参与叶肉内CO_2的运输,调节植物对中性分子(甘油、NH_3、尿素)和营养元素(硼、硅)的吸收,参与植物体内的氧化应激及信号的跨膜转导等。     

跨膜离子转运蛋白与植物耐盐的分子生物学

植物抵御盐害的主要方式是增加Na 的外排、减少Na 的吸入和Na 的区隔化,而Na 的跨膜运输主要由质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成。对质膜和液泡膜跨膜离子转运蛋白包括K /Na 离子转运蛋白,Na /H 逆向转运蛋白以及液泡膜H -PPase的分子生物学研究及应用进展进行了综述。     

钙对盐胁迫下棉苗离子吸收分配的影响

研究了钙对NaCl胁迫下棉花幼苗体内离子分布的影响及其与根系质膜H^ -ATP酶、液泡膜H^ -dATP酶和H^ -PP酶活性的关系。不同器官离子含量和根系横切面X-射线微区分析结果表明,NaCl胁迫下外源钙明显减少棉花幼苗对Na^ 的吸收及其向茎杆、叶片的运输,增加对K^ 和Ca^2 的吸收及其向茎相杆、叶片的运输,增强棉苗体内的盐分区域化分配,提高根冠比和干物质积累,根系电解质渗漏率下降,钙明显提高盐胁迫下幼根细胞质膜H^ -ATP酶、液泡膜H^ -ATP酶和H^ -PP酶的活性,与钙调节棉花对离子的吸收、分配相一致,说明这些酶可以为根细胞中的Na^ 在液泡中积累以及K^ 、Ca^2 的选择性吸收和运输提供动力。     

离子转运在胶质瘤转移中的作用

恶性胶质瘤细胞转移侵袭能力强,严重地限制了治疗,是威胁人类健康的一大杀手。胶质瘤细胞高表达NKCC1、KCa3.1、ClC-3、AQPs,有助于其容积变化从而穿过狭窄空间进行转移,因此,这些转运体和离子通道成为可能的治疗靶点。本文就离子通道和转运体在胶质瘤转移中的作用作一综述。